(57)【要約】【課題】ランニングコストや維持管理費を低く抑えつつ、安全な水を供給することができる水処理装置を提供すること。【解決手段】原水槽１と、中空糸膜濾過装置２と、紫外線照射装置１１及び塩素剤添加装置１５を含んで構成される水処理装置において、前記中空糸膜濾過装置２の後段に膜破断検知手段１０を設け、該膜破断検知手段１０による前記中空糸膜濾過装置２の膜破断の検知結果に応じて前記紫外線照射装置１１の紫外線照射量を変更するコントローラ（制御手段）１２を設ける。例えば、コントローラ１２は、前記膜破断検知手段１０によって膜破断が検知されないときには前記紫外線照射装置１１の駆動を停止し、膜破断が検知されると前記紫外線照射装置１１を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水槽と、中空糸膜濾過装置と、紫外線照射装置及び塩素剤添加装置を含んで構成される水処理装置において、
前記中空糸膜濾過装置の後段に膜破断検知手段を設け、該膜破断検知手段による前記中空糸膜濾過装置の膜破断の検知結果に応じて前記紫外線照射装置の紫外線照射量を変更する制御手段を設けたことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記膜破断検知手段によって膜破断が検知されないときには前記紫外線照射装置の駆動を停止し、膜破断が検知されると前記紫外線照射装置を駆動することを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記紫外線照射装置が駆動されるときの紫外線照射量を１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記紫外線照射装置を常時駆動し、前記膜破断検知手段によって膜破断が検知されると、紫外線照射装置の紫外線照射量を、膜破断が検知されないときの第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項５】
前記紫外線照射量の第１の値を１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 とし、第２の値を２〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする請求項４記載の水処理装置。
【請求項６】
中空糸膜濾過装置によって濾過された処理水に紫外線を照射するとともに、塩素剤を添加する水処理方法において、
前記中空糸膜濾過装置の膜破断を検知し、その検知結果に応じて紫外線照射量を変更することを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
前記中空糸膜濾過装置の膜破断が検知されないときには紫外線を照射せず、膜破断が検知されると紫外線を照射することを特徴とする請求項６記載の水処理方法。
【請求項８】
膜破断が検知されたときの紫外線照射量を１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする請求項７記載の水処理方法。
【請求項９】
紫外線を常時照射し、前記中空糸膜濾過装置の膜破断が検知されると、紫外線照射量を、膜破断が検知されないときの第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることを特徴とする請求項６記載の水処理方法。
【請求項１０】
前記紫外線照射量の第１の値を１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 とし、第２の値を２〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする請求項９記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜濾過と紫外線照射及び塩素剤添加によって河川水等を処理する装置と方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
河川水等の原水を膜濾過と紫外線照射及び塩素剤添加によって浄化及び殺菌・消毒処理して飲料水や生活水として利用することは知られており、そのための水処理装置も提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
上記水処理装置は、塩素剤の添加によって殺菌・消毒された河川水等を中空糸膜濾過装置で濾過することによって濁りや鉄錆、細菌等を除去して浄化した後、これに紫外線を照射することによって有機物の酸化・分解及び殺菌を行い、処理水を飲料水や生活用水として利用するようにしたものであり、該装置では、一般的には２５〜５０ｍＪ／ｃｍ2 の量の紫外線照射が常時行われている。尚、特許文献１では、紫外線照射量は５〜１０ｍＪ／ｃｍ2 との記載があるが、一般的には２５〜５０ｍＪ／ｃｍ2 以上とされる（非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−０６６２９５号公報
【非特許文献１】高効率浄水技術開発研究（ＡＣＴ２１）「代替消毒剤の実用化に関するマニュアル」（１２８〜１３０頁）（財）水道技術研究センター刊（2002年12月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の水処理装置のように２５〜５０ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射を常時行うと、消費電力が大きくなってランニングコストが高騰するばかりか、紫外線ランプや高価な石英製保護管の交換等に要する維持管理費も高いものになってしまうという問題が発生する。
【０００６】
従来の水処理装置で紫外線照射を常時行う理由は、中空糸膜濾過装置の膜破断がいつ発生するか分からないためであり、膜破断を検知することができれば、紫外線照射を常時行う必要はなく、或は少なくとも膜破断が発生していない間は紫外線照射量を低く抑えることができる。
【０００７】
本発明は上記観点に基づいてなされたもので、その目的とする処は、ランニングコストや維持管理費を低く抑えつつ、安全な水を供給することができる水処理装置及び水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、原水槽と、中空糸膜濾過装置と、紫外線照射装置及び塩素剤添加装置を含んで構成される水処理装置において、前記中空糸膜濾過装置の後段に膜破断検知手段を設け、該膜破断検知手段による前記中空糸膜濾過装置の膜破断の検知結果に応じて前記紫外線照射装置の紫外線照射量を変更する制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記膜破断検知手段によって膜破断が検知されないときには前記紫外線照射装置の駆動を停止し、膜破断が検知されると前記紫外線照射装置を駆動することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記紫外線照射装置が駆動されるときの紫外線照射量を１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記紫外線照射装置を常時駆動し、前記膜破断検知手段によって膜破断が検知されると、紫外線照射装置の紫外線照射量を、膜破断が検知されないときの第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記紫外線照射量の第１の値を１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 とし、第２の値を２〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、中空糸膜濾過装置によって濾過された処理水に紫外線を照射するとともに、塩素剤を添加する水処理方法において、前記中空糸膜濾過装置の膜破断を検知し、その検知結果に応じて紫外線照射量を変更することを特徴とする。
【００１４】
前記中空糸膜濾過装置の膜破断を検知し、その検知結果に応じて紫外線照射量を変更するようにしたことを特徴とする前記中空糸膜濾過装置の膜破断の有無を検知し、膜破断が検知されると紫外線照射出力を変更するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記中空糸膜濾過装置の膜破断が検知されないときには紫外線を照射せず、膜破断が検知されると紫外線を照射することを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、膜破断が検知されたときの紫外線照射量を１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項６記載の発明において、紫外線を常時照射し、前記中空糸膜濾過装置の膜破断が検知されると、紫外線照射量を、膜破断が検知されないときの第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記紫外線照射量の第１の値を１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 とし、第２の値を２〜２５ｍＪ／ｃｍ2 とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、膜破断検知手段によって膜破断が検知されないときには紫外線を照射せず、膜破断が検知されたときのみ紫外線を照射するようにしたため、消費電力が低く抑えられるとともに、紫外線ランプや保護管の交換頻度も低く抑えられ、ランニングコストや維持管理費を低く抑えつつ、安全な水を供給することができる。このときの紫外線照射量を従来の２５〜５０（平均的には４０）ｍＪ／ｃｍ2 よりも低い１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 に抑えることによって、消費電力を更に低く抑えることができる。尚、紫外線照射の目的を耐塩素性の高い原虫類の不活化に限定すれば、紫外線照射量を１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 に下げることができる。
【００２０】
又、本発明によれば、紫外線を常時照射するが、中空糸膜濾過装置の膜破断が検知されない間は紫外線照射量をごく小さな第１値（１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 ）に抑え、膜破断が検知されると第１の値よりも大きな第２の値（２〜２５ｍＪ／ｃｍ2 ）に切り替えるようにしたため、消費電力が低く抑えられるとともに、紫外線ランプや保護管の交換頻度も低く抑えられ、ランニングコストや維持管理費を低く抑えつつ、安全な水を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る水処理装置の基本構成図であり、同図において、１は原水槽、２は中空糸膜濾過装置であって、本実施の形態では、中空糸膜濾過装置２は、孔径φ０．３μｍ程度のポリスルホン製中空糸を１０００本束ねて成る膜モジュール（以下、単に「膜」と称する）を濾材として備えている。
【００２３】
ところで、上記原水槽１の上方には、河川水等の原水を供給するための原水供給管３が開口しており、原水槽１の下部から導出する原水管４は、前記中空糸膜濾過装置２の下部に接続され、その途中には原水ポンプＰ１とバルブＶ１が設けられている。又、原水管４の中空糸膜濾過装置２とバルブＶ１との間からは排水管５が分岐しており、この排水管５の途中にはバルブＶ２が設けられている。
【００２４】
又、中空糸膜濾過装置２内の上部に形成された循環水室２ａからは循環水管６が導出しており、この循環水管６は、原水槽１の上方に開口し、その途中にはバルブＶ３が設けられている。そして、循環水管６の中空糸膜濾過装置２とバルブＶ３との間からは排水管７が分岐しており、この排水管７の途中にはバルブＶ４が設けられている。尚、排水管５を設けた場合には、排水管７は必ずしも必要ではない。
【００２５】
他方、前記中空糸膜濾過装置２の後段には紫外線処理水槽８が配置されており、この紫外線処理水槽８の上部には、中空糸膜濾過装置２内の中間部に形成された処理水室２ｂから導出する処理水管９が接続されており、この処理水管９の途中にはバルブＶ５と膜破断検知手段１０が設けられている。
【００２６】
ここで、上記紫外線処理水槽８には紫外線照射装置１１が設置されており、この紫外線照射装置１１は、紫外線処理水槽８内の被処理水に紫外線を照射する紫外線ランプ１１ａと、これを保護する石英製の保護管１１ｂを含んで構成されている。尚、本実施の形態では、紫外線ランプ１１ａとして低圧水銀ランプを使用した。
【００２７】
ところで、前記膜破断検知手段１０は、これよりも前段に配置された前記中空糸膜濾過装置２の膜破断を検知するものであって、本実施の形態では、被処理水の濁度を電気信号に変換して出力する濁度計を用いた。即ち、濁度計で被処理水の濁度を常時測定し、その測定値が通常の１．５倍を示したときに膜破断と判断するようにした。
【００２８】
尚、膜破断を検知する方式としては、空気逆洗工程において破断箇所から漏れる気泡を目視、超音波センサ、粒子計、濁度計、光電センサ等によって検知する方法等、他の任意の方式を採用することができる。
【００２９】
而して、本実施の形態では、膜破断検知手段１０による膜破断の検知結果に応じて前記紫外線照射装置１１（紫外線ランプ１１ａ）の紫外線照射量を変更する制御手段としてのコントローラ１２が設けられている。具体的には、コントローラ１２は、前述のように膜破断検知手段１０としての濁度計から出力される電気信号を受信し、受信した電気信号に基づいて膜の破断の有無を判断し、その判断結果に応じて紫外線照射装置１１（紫外線ランプ１１ａ）の紫外線照射量を変更するが、その形態としては後述の２形態（実施の形態１，２として説明）が考えられる。
【００３０】
ところで、図１に示すように、前記紫外線処理水槽８の底部からは処理水排出管１３と逆洗管１４がそれぞれ導出しており、処理水排出管１３の途中には塩素剤添加装置１５が設けられている。この塩素剤添加装置１５は、処理水中の塩素濃度が０．１〜１ｍｇ／Ｌとなるよう次亜塩素酸ソーダを添加する装置である。
【００３１】
又、前記逆洗管１４は、前記処理水管９の中空糸膜濾過装置２とバルブＶ５との間に接続されており、その途中にはバルブＶ６と逆洗ポンプＰ２が設けられている。
【００３２】
次に、以上の構成を有する水処理装置を用いた水処理方法を以下の２形態についてそれぞれ説明する。
【００３３】
＜実施の形態１＞
本実施の形態は、膜破断検知手段１０によって中空糸膜濾過装置２の膜破断が検知されないときには、コントローラ１２は、紫外線照射装置１１の駆動を停止して紫外線処理水槽８での紫外線の照射を行わず、膜破断が検知されると紫外線照射装置１１を駆動して紫外線処理水槽８において紫外線を照射することを特徴とする。
【００３４】
即ち、膜破断検知手段１０によって中空糸膜濾過装置２の膜破断が検知されないときには、原水供給管３から原水槽１へと供給される原水は、原水ポンプＰ１によって原水管４からバルブＶ１を通って中空糸膜濾過装置２にその下部から供給される。尚、このとき、バルブＶ３，Ｖ５は開、バルブＶ２，Ｖ４，Ｖ６は閉とされ、逆洗ポンプＰ２は非作動状態にある。
【００３５】
而して、中空糸膜濾過装置２に供給された原水は、循環室２ａに流入し、その一部が膜を透過して処理水室２ｂに流入し、残りは循環室２ａの上端開口部から循環水管６、バルブＶ３を通って原水槽１へと戻される。このとき、膜を透過した水（透過水）に含まれる粒径が０．３μｍ以上の粒子は略１００％除去され、濁りや鉄錆、細菌等が除去されて処理水として浄化される。
【００３６】
そして、膜を透過して浄化された処理水は、中空糸膜濾過装置２の処理水室２ｂから処理水管９へと流れ、バルブＶ５及び膜破断検知手段１０を通って紫外線処理水槽８へと送られるが、この場合、前述のように紫外線照射装置１１の駆動が停止されて紫外線の照射が行われないため、紫外線処理水槽８に貯留された処理水は、そのまま処理水排出管１３へと流れ、その途中で前記塩素剤添加装置１５によって次亜塩素酸ソーダ等の塩素剤が添加されることによって殺菌・消毒され、安全な水として飲料等の用途に供される。
【００３７】
次に、膜破断検知手段１０によって中空糸膜濾過装置２の膜破断が検知されると、コントローラ１２は、紫外線照射装置１１を駆動して紫外線処理水槽８において処理水に紫外線を照射する。このため、膜破断のために除去し切れないで処理水中に残存する細菌やウイルス類は、紫外線照射によって不活化されて殺菌・消毒される。このように、中空糸膜濾過装置２において膜破断が発生した場合においても、紫外線処理水槽８での紫外線の照射によって処理水が殺菌・消毒されるため、その後の塩素剤添加装置１５での塩素剤添加によって更に殺菌・消毒される処理水は、安全な水として飲料等の用途に供される。
【００３８】
ところで、このときの紫外線ランプ１１ａからの紫外線照射量は従来の２５〜５０（平均的には４０）ｍＪ／ｃｍ2 よりも低い１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 に抑えられる。紫外線照射の目的を耐塩素性の高いクリプトスポリジウムやミクロスポリジア等の原虫類の不活化に限定すれば、紫外線照射量を１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 に下げることができる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態では、膜破断検知手段１０によって中空糸膜濾過装置２の膜破断が検知されないときには紫外線を照射せず、膜破断が検知されたときのみ紫外線を照射するようにしたため、消費電力が低く抑えられるとともに、紫外線照射装置１１の紫外線ランプ１１ａや保護管１１ｂの交換頻度も低く抑えられ、ランニングコストや維持管理費を低く抑えつつ、安全な水を供給することができる。又、このときの紫外線照射量を従来の２５〜５０（平均的には４０）ｍＪ／ｃｍ2 よりも低い１〜２５ｍＪ／ｃｍ2 に抑えるようにしたため、消費電力を更に低く抑えることができる。
【００４０】
ところで、装置の運転と共に中空糸膜濾過装置２の膜には目詰まりが生じて透過水量が経時的に低下するため、逆洗によって膜を定期的に清掃する必要があるが、この逆洗は次のようにしてなされる。
【００４１】
即ち、逆洗に際しては、原水ポンプＰ１の駆動を停止するとともに、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ５を閉じ、バルブＶ２，Ｖ４，Ｖ６を開いて逆洗ポンプＰ２を駆動する。すると、紫外線処理水槽８中の処理水が逆洗管１４からバルブＶ６を通って処理水管９を中空糸膜濾過装置２に向かって流れ、中空糸膜濾過装置２内の処理水室２ｂから膜を逆透過し、膜に付着した微粒子等を除去して膜の目詰まりを防ぐ。そして、膜を逆透過した処理水は、循環水管６から排水管７へと流れ、バルブＶ４を通って外部に排出される。
【００４２】
ここで、具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００４３】
本実施例では、河川水を原水（クリプトスポリジウム・オーシストを１×１０7 個／ｍＬ含む懸濁液を１０倍程度に薄まる比率で添加）とし、これを本発明に係る水処理装置で処理した。
【００４４】
先ず、通常処理として膜破断のない中空糸を用いて処理し、紫外線照射装置を駆動しないで紫外線照射は行わず、塩素剤添加装置を常時稼働させて処理水に塩素剤を添加した。
【００４５】
３０分間処理したが、膜破断検知手段である濁度計は何ら異常値を示さず、紫外線照射装置は一度も駆動されることはなかったが、処理水中に細菌やウイルス類は全く検出されなかった。
【００４６】
次に、５本をナイフで傷付けた中空糸膜に取り替え、前記と同様の処理を行った。
【００４７】
すると、処理後に直ちに濁度計から異常値を示す信号が出力されたため、コントローラが紫外線照射装置を駆動し、処理水に対して２４ｍＪ／ｃｍ2 の量の紫外線を照射しながら、そのまま３０分間運転を続けた。そして、塩素剤添加後に取り出された処理水を分析したが、処理水中に細菌やウイルス類は全く検出されなかった。又、クリプトスポリジウムの感染を調べるために処理水を蔗糖浮遊法で濁質から分離した後、ＰＢＳで遠心洗浄し、マウス感染試験を実施したが、感染の兆候は見られなかった。
【００４８】
このように、膜破断時のみ比較的小照射量の紫外線を照射することによっても原虫類を不活化することができた。
【００４９】
又、紫外線を常時照射する場合と比較すると、電気代、紫外線ランプと保護管の交換費用を大幅に低減させることができた。
【００５０】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、紫外線照射装置１１を常時駆動して紫外線処理水槽８において処理水に紫外線を常時照射し、膜破断検知手段１０によって中空糸膜濾過装置２の膜破断が検知されると、コントローラ１２は、紫外線照射装置１１の紫外線照射量を、膜破断が検知されないときの第１の値（１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 ）よりも大きな第２の値（２〜２５ｍＪ／ｃｍ2 ）に切り替えることを特徴とする。
【００５１】
従って、本実施の形態では、中空糸膜濾過装置２によって浄化された処理水は、膜破断の有無に関わらず、紫外線処理水槽８において紫外線照射装置１１によって紫外線が照射されるが、膜破断が検知されない間は紫外線照射量が殺菌・消毒に必要十分な第１の値（１〜１０ｍＪ／ｃｍ2 ）に低く抑えられるため、消費電力を低く抑えつつ、安全な水を供給することができる。
【００５２】
そして、膜破断が検知されると、紫外線照射量を第１の値よりも大きな第２の値（２〜２５Ｊ／ｃｍ2 ）に切り替えるようにしたため、膜破断のために除去し切れないで処理水中に残存する細菌やウイルス類は、塩素剤添加と紫外線照射によって不活化されて殺菌・消毒され、この場合も安全な水を供給することができる。
【００５３】
而して、本実施の形態においても、消費電力が低く抑えられるとともに、紫外線照射装置１１の紫外線ランプ１１ａや保護管１１ｂの交換頻度も低く抑えられ、ランニングコストや維持管理費を低く抑えつつ、安全な水を供給することができるという前記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５４】
尚、本実施の形態においても、中空糸膜濾過装置２の膜の目詰まりによる透過水量の低下を防ぐため、前記実施の形態１で説明したと同様の逆洗が定期的に実施される。
【００５５】
ところで、以上の実施の形態では、塩素剤添加装置１５を紫外線処理水槽８の後段に配置し、膜濾過或は更に紫外線照射された処理水に対して塩素剤を添加する構成を採用したが、原水槽１に投入される前の原水に塩素剤を予め添加したり、膜濾過と紫外線照射の間に塩素剤を添加するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、膜濾過と紫外線照射及び塩素剤添加の組み合わせによって水を処理する装置及び方法全般に亘って適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る水処理装置の基本構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１          原水槽
２          中空糸膜濾過装置
２ａ        循環水室
２ｂ        処理水室
３          原水供給管
４          原水管
５          排水管
６          循環水管
７          排水管
８          紫外線処理水槽
９          処理水管
１０        膜破断検知手段（濁度計）
１１        紫外線照射装置
１１ａ      紫外線ランプ
１１ｂ      保護管
１２        コントローラ（制御手段）
１３        処理水排出管
１４        逆洗管
１５        塩素剤添加装置
Ｐ１        原水ポンプ
Ｐ２        逆洗ポンプ
Ｖ１〜Ｖ６  バルブ
【図１】
2006218361.tif 000003